CN109181271A - 一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料及其制备方法 - Google Patents

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陈梓山
胡淼
冯皓宇
陈雨
张展
裴庆
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Abstract

本发明公开了一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料，其包括：60‑70wt％的聚苯醚，20‑30wt％的阻燃剂，2‑5wt％的空心微珠和3‑5wt％的加工助剂；所述的阻燃剂由十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成。本发明高阻燃低密度聚苯醚改性材料各组分协同作用，不仅有效提高了材料的阻燃性能，而且大大降低了材料的密度，同时可保证材料的机械性能包括弹性模量，使材料具有较好的韧性，成型性能优异。

Description

一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体涉及一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料及其制备方法。
背景技术
聚苯醚，具体化学名为聚2,6-二甲基-1,4-苯醚，简称PPO，是世界五大通用工程塑料之一。它具有刚性大、耐热性高、难燃，强度高，电性能优良等优点。另外，PPO还具有耐磨、无毒、耐污染等优点。PPO是介电常数和介电损耗最小的工程塑料品种之一，几乎不受温度、湿度的影响，可用于低、中、高频电场领域。PPO的负荷变形温度可达190℃以上。PPO主要用于电子电器、汽车、家用电器、办公室设备和工业机械等方面。在汽车上比如用于做汽车仪表板、散热器格子、扬声器格栅、控制台、保险盒、继电器箱、连接器、轮罩；电子电器工业上广泛用于制造连接器、线圈绕线轴、开关继电器、调谐设备、大型电子显示器、可变电容器、蓄电池配件、话筒等零部件。家用电器上用于电视机、摄影机、录像带、录音机、空调机、加温器、电饭煲等零部件。PPO自身具有较好的阻燃性，而且现已有不少改性PPO可以达到UL-94V0阻燃级别，但是对于一些苛刻的防火要求，比如GB/T 31467.3-2015中的外部汽油火烧测试，依然难以满足。此外，由于阻燃剂的加入，导致PPO改性材料的密度增加，不利于材料轻量化的应用。提高PPO的阻燃性能，同时降低材料的密度，有利于进一步扩大其应用范围。
专利201510338052.4(公开号CN104893223A)公开了一种电子设备的外壳材料及其制备方法，公开的材料包含聚苯醚、聚苯乙烯、阻燃剂和其他一些助剂。其中的聚苯乙烯可以一定程度上提升聚苯醚材料的机械性能，但是存在以下弊端，①聚苯乙烯属于易燃物质，它的加入不利于聚苯醚的阻燃性能；②聚苯乙烯的加入会降低改性聚苯醚材料的弹性模量；③聚苯乙烯燃烧过程中会释放甲苯和苯乙烯等有毒物质。
发明内容
鉴于上述情况，为提高PPO的阻燃性能，降低材料的密度，同时保证材料的机械性能包括弹性模量，本发明旨在于提供一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料。
本发明的高阻燃低密度聚苯醚改性材料包括：60-70wt％的聚苯醚，20-30wt％的阻燃剂，2-5wt％的空心微珠和3-5wt％的加工助剂；所述的阻燃剂由十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成。其中，wt％表示重量百分数，下同。
所述阻燃剂中，三氧化二锑属于无机阻燃剂，它在单独使用时阻燃效果并不明显。但作为阻燃协效剂使用时，能有效提高十溴二苯乙烷的阻燃效果。发明人经过大量实验发现，十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3:1–4:1时，在聚苯醚材料改性中效果最佳。
所述的空心微珠主要成分为二氧化硅和三氧化二铝。
优选的，所述的空心微珠的密度为0.5-0.8g/cm3。空心微珠密度太低在混料挤出过程中容易破碎，密度太高难以起到降低改性材料密度的作用。适量的空心微珠加入还可以改善聚苯醚的加工性能。
优选的，所述的加工助剂选自聚偏二氟乙烯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硬脂酸镁和聚丙烯蜡中的一种或者多种，所述的多种包括两种及两种以上。
本发明的目的还在于提供所述高阻燃低密度聚苯醚改性材料的其制备方法，所述方法包括步骤：将60-70wt％聚苯醚母料、20-30wt％阻燃剂，2-5wt％空心微珠以及3-8wt％加工助剂均匀共混后挤出得到所述的高阻燃低密度聚苯醚改性材料。
优选的，聚苯醚母料、阻燃剂，空心微珠以及加工助剂均匀共混后挤出具体指由螺杆挤出机在240-290℃的温度下均匀混合挤出。
采取以上技术方案，使得本发明具有以下技术效果：
1、本发明采用十溴二苯乙烷和三氧化二锑的组合阻燃剂，其中氧化二锑作为阻燃协效剂使用时，能有效提高十溴二苯乙烷的阻燃效果。尤其是十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3:1–4:1时，在聚苯醚材料改性中阻燃效果最佳，使得本发明材料可以达到UL94V0阻燃等级，并且可以满足GB/T31467.3-2015中的外部火烧测试要求。
2、本发明通过添加空心微珠来降低改性材料密度，同时控制用量用以改善聚苯醚的加工性能，改性后的高阻燃低密度聚苯醚密度约为1.25g/cm3。
综上，本发明高阻燃低密度聚苯醚改性材料各组分协同作用，不仅有效提高了材料的阻燃性能，而且大大降低了材料的密度，同时可保证材料的机械性能包括弹性模量，使材料具有较好的韧性，成型性能优异。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料
制备具体实施方案如下：
配制好60％的聚苯醚，30％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)，5％的空心微珠，3％的聚偏二氟乙烯和2％的硬脂酸镁。将上述材料使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后，注入模具后得到高阻燃低密度聚苯醚改性材料。
实施例2
一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料
制备具体实施方案如下：
配制好65％的聚苯醚，25％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)，3％的空心微珠，4％的4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯和3％的聚丙烯蜡。将上述材料使用螺杆挤出机在250℃下混合均匀后，注入模具后得到高阻燃低密度聚苯醚改性材料。
实施例3
一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料
制备具体实施方案如下：
配制好70％的聚苯醚，25％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为3.5:1)，2％的空心微珠，1％的聚丙烯蜡和2％的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。将上述材料使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后，注入模具后得到高阻燃低密度聚苯醚改性材料。
对比例1
一种聚苯醚改性材料
制备具体实施方案如下：
配制好65％的聚苯醚，25％的阻燃剂(聚磷酸铵)和5％的空心微珠，2％聚丙烯蜡和3％的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。将上述材料使用螺杆挤出机在265℃下混合均匀后，注入模具后得到测试样品。采用实施例1方法检测上述制得的材料各项性能参数结果见表2。
对比例2
一种聚苯醚改性材料
制备具体实施方案如下：
配制好65％的聚苯醚，30％的阻燃剂(十溴二苯乙烷与三氧化二锑的使用比例为4:1)，3％的聚偏二氟乙烯和2％的硬脂酸镁。将上述材料使用螺杆挤出机在270℃下混合均匀后，注入模具后得到测试样品。采用实施例1方法检测上述制得的材料各项性能参数结果见表2。
对比例3
一种聚苯醚改性材料
制备具体实施方案如下：
配制好70％的聚苯醚，25％的阻燃剂(磷酸三甲苯酯)，2％聚丙烯蜡和3％的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。将上述材料使用螺杆挤出机在260℃下混合均匀后，注入模具后得到测试样品。采用实施例1方法检测上述制得的材料各项性能参数结果见表2。
对于上述实施例1～3制得的高阻燃低密度聚苯醚改性材料，以及对比例1～3制得的测试样品，分别采用GB/T1147-2005测试标准测量材料的拉伸强度和拉伸模量，采用GB/T1449-2005测试标准测量材料的弯曲强度和模量，采用UL-94测试标准测量材料的阻燃等级，采用GB/T31467.3-2015中7.10章节中测试标准测量材料抵抗外部火烧的能力。实施例1～3制得的高阻燃低密度聚苯醚改性材料各项性能参数见表1。对比例1～3制得的测试样品各项性能参数见表2。
表1实施例1～3中材料的测试结果
表2对比例1～3中材料的测试结果
由表1可知，采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
一、改性后的聚苯醚材料可以达到UL94V-0阻燃等级要求，并且可以满足GB/T31467.3-2015中外部火烧测试要求；
二、改性后的聚苯醚材料具有较低的密度，改性后的高阻燃低密度聚苯醚密度约为1.25g/cm3；
三、改性后的聚苯醚材料弹性模量较大，具有较好的韧性，成型性能优异。
四、改性后的聚苯醚材料弯曲强度和抗拉强度也较大，力学性能未出现显著恶化。
而由表2可知，对比例1和3分别采用了普通阻燃剂中聚磷酸铵和磷酸三甲苯酯，得到的材料阻燃性明显不如本发明实施例1～3。对比例2和3为添加空心微珠，材料密度较大，不利于新材料的轻量化。

Claims (6)

1.一种高阻燃低密度聚苯醚改性材料，其特征在于，其包含：60-70wt％的聚苯醚，20-30wt％的阻燃剂，2-5wt％的空心微珠和3-5wt％的加工助剂；所述的阻燃剂由十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成。
2.如权利要求1所述的高阻燃低密度聚苯醚改性材料，其特征在于，所述阻燃剂中，十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3:1–4:1。
3.如权利要求1所述的高阻燃低密度聚苯醚改性材料，其特征在于，所述的空心微珠主要成分为二氧化硅和三氧化二铝；所述空心微珠的密度为0.5-0.8g/cm3。
4.如权利要求1所述的高阻燃低密度聚苯醚改性材料，其特征在于，所述的加工助剂选自聚偏二氟乙烯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硬脂酸镁和聚丙烯蜡中的一种或者多种。
5.如权利要求1所述的高阻燃低密度聚苯醚改性材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将60-70wt％聚苯醚母料、20-30wt％阻燃剂，2-5wt％空心微珠以及3-8wt％加工助剂均匀共混后挤出得到所述的高阻燃低密度聚苯醚改性材料。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，聚苯醚母料、阻燃剂，空心微珠以及加工助剂均匀共混后挤出具体指由螺杆挤出机在240-290℃的温度下均匀混合挤出。
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